CN113611963B - 电池壳体制备方法、电池及电子装置 - Google Patents

电池壳体制备方法、电池及电子装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种电池壳体制备方法、电池及电子装置。电池壳体包括收容壳及盖板，收容壳形成具有开口的收容部并在所述开口处形成有第一焊接部，盖板包括第二焊接部。电池壳体制备方法包括：根据预定的焊接目标形状确定所述第一焊接部和所述第二焊接部的初始外形尺寸；根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数及环境参数设定焊接约束条件；根据所述焊接约束条件控制所述焊接热源将所述第一焊接部和所述第二焊接部热熔至所述焊接目标形状，第一、第二焊接部尺寸可控，减小电池壳体焊接形成的熔边对于电池空间利用率的影响。

Description

电池壳体制备方法、电池及电子装置
技术领域
本发明涉及电池领域，具体涉及电池壳体制备方法及包含采用该电池壳体制备方法制备的电池壳体的电池及采用该电池的电子装置。
背景技术
电池的制备过程中，为便于电芯的装配，电池壳体通常包括设有开口的外壳和用来封闭该开口的盖板，电芯装入外壳后再将盖板与外壳的开口处焊接，从而完成密封连接。通常，盖板的周侧设有法兰边，盖板的法兰边与外壳开口处的侧壁贴合后通过焊接热熔，即法兰边和外壳的一部分侧壁熔融后共同形成熔边，形成密封连接。该熔边通常会因凸出电池壳体的相应侧面较多而造成部分空间不能有效利用，不利于提高电池的空间利用率，故存在改进空间。
发明内容
有鉴于此，本申请公开了一种电池壳体制备方法、包含采用该电池壳体制备方法制备的电池壳体的电池及采用该电池的电子装置，旨在减小电池壳体焊接形成的熔边对于电池空间利用率的影响。
方案如下：
一种电池壳体制备方法，所述电池壳体包括收容壳及盖板，所述收容壳形成具有开口的收容部并在所述开口处形成有第一焊接部，所述盖板包括第二焊接部，所述第二焊接部用于与所述第一焊接部焊接以使所述盖板封闭所述开口，所述电池壳体制备方法包括：
根据预定的焊接目标形状确定所述第一焊接部和所述第二焊接部的初始外形尺寸；
根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数及环境参数设定焊接约束条件；
加载焊接热源，并根据所述焊接约束条件控制所述焊接热源将所述第一焊接部和所述第二焊接部热熔至所述焊接目标形状。
在一较优实施方式中，初始状态下，所述第一焊接部和第二焊接部分别包括预设的焊接余部及由所述焊接余部凸伸的熔融部，所述熔融部热熔后不高于所述焊接余部并与所述焊接余部融合；所述根据预定的焊接目标形状确定所述第一焊接部和所述第二焊接部的初始外形尺寸包括：
预定所述焊接余部的外形尺寸；
根据预定的焊接目标形状和所述焊接余部的外形尺寸确定所述熔融部的体积；
根据所述熔融部的体积及预定的所述熔融部的周向外形确定所述熔融部的凸伸高度。
在一较优实施方式中，所述根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数设定焊接约束条件包括：
根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数确定焊接热输入的临界值。
在一较优实施方式中，所述材料属性参数包括材料的密度ρ、比热容C、相变潜热ΔQ、相变临界温度T；所述环境参数包括环境温度T0；
所述根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数确定焊接热输入的临界值包括，
根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状确定熔融材料的体积V；
根据规则Q熔＝ρ*V*C*(T-T0)+ρ*V*ΔQ确定焊接热输入的临界值Q熔。
在一较优实施方式中，所述根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数设定焊接约束条件还包括：
根据确定的所述焊接热输入的临界值和预定规则确定所述焊接热源的热输入阈值。
在一较优实施方式中，所述根据所述焊接约束条件控制所述焊接热源将所述第一焊接部和所述第二焊接部热熔至所述焊接目标形状包括：
控制所述焊接热源的输出功率和输出时间，使所述焊接热输入与所述焊接热输入的临界值大致相等。
在一较优实施方式中，所述根据所述焊接约束条件控制所述焊接热源将所述第一焊接部和所述第二焊接部热熔至所述焊接目标形状还包括：
控制所述焊接热源的热输出方向，使所述第一焊接部和所述第二焊接部热熔的热熔部分朝向预定方向移动。
在一较优实施方式中，所述焊接热源为焊接激光，所述控制所述焊接热源的热输出方向包括：
控制激光光束以预定角度照射所述第一焊接部和所述第二焊接部。
本申请还公开了一种电池，所述电池包括电池壳体及收容于所述电池壳体内的电化学单元，其中，所述电池壳体由前述任一电池壳体制备方法制成。
本申请还公开了一种电子设备，所述电子设备包括前述电池及用电器件。
前述电池壳体制备方法、电池及电子装置中，通过预定的焊接目标形状确定所述第一焊接部和所述第二焊接部的初始外形尺寸，利用焊接前后第一焊接部、第二焊接部体积不变的特性，可准确地设置焊接前第一焊接部、第二焊接部的初始外形尺寸。同时，为保证焊接过程可控，使得第一焊接部、第二焊接部能够按照预先设定形成焊接目标形状，本申请根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数及环境参数设定焊接约束条件，约束焊接过程。加载焊接热源，并根据所述焊接约束条件控制所述焊接热源将所述第一焊接部和所述第二焊接部热熔至所述焊接目标形状。如此，可实现第一、第二焊接部的初始外形尺寸能够按照实际需要设置，避免或减少冗余，且焊接过程可控，减小电池壳体焊接形成的熔边对于电池空间利用率的影响。
附图说明
本发明在上文提及的以及其他的目的和优点将结合附图在下文详细介绍：
图1为电子装置在一实施方式中的逻辑结构示意图。
图2为图1所示的电子装置中的电池的结构示意图。
图3为图2所示的电池中电池壳的制备原理示意图。
图4为电池壳体制备方法在一较优实施方式中的流程。
图5为图4中步骤S210的流程示意图。
附图标记：
10 电池壳
100 电子装置
101 电池
102 用电器件
110 收容壳
111 收容部
120 盖板
1101 第一焊接部
1201 第二焊接部
1101a 焊接余部
1101b 熔融部
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
参图1所示，本发明公开的电子装置100包括电池101和用电器件102，所述电池101用于为所述用电器件102供电。在实际应用中，所述电子装置100可以为任意需要采用电池101供电的装置，例如可以为诸如手机、平板电脑、笔记本电脑等移动电子设备，也可以为诸如二轮电动车、电动平衡车、纯电动车辆、混合动力车辆等交通装备，电子装置100的具体类型不做限制，只需满足能够采用本发明公开的电池101进行供电即可。
参图2所示，所述电池101包括电池壳体10及收容于所述电池壳体10内的电化学单元(图中未示出)，例如，在实际应用中，该电化学单元可包括电极组件和电解液。所述电池壳体10包括所述电池壳体包括收容壳110及盖板120。所述收容壳110形成具有开口(图中未标出)的收容部111并在所述开口处形成有第一焊接部1101。所述盖板120包括第二焊接部1201。所述第二焊接部1201用于与所述第一焊接部1101焊接以使所述盖板120封闭所述开口。
在具体实施中，所述第一焊接部1101可为所述收容壳110的侧壁的一部分，即可将所述收容壳110的侧壁预留部分尺寸用作所述第一焊接部1101。第二焊接部1201则可为所述盖板120边缘凸伸形成的法兰，该法兰可与盖板的主体部大致垂直，以便与所述第一焊接部1101贴合，贴合后通过焊接热熔，即法兰和收容壳110的一部分侧壁熔融后共同形成熔边，形成密封连接。该熔边通常会因凸出电池壳体的相应侧面较多而造成部分空间不能有效利用，不利于提高电池的空间利用率。为解决该问题，本申请提出了如下电池壳体制备方法。
参图3至图5所示，所述电池壳体制备方法包括如下步骤。
S10、根据预定的焊接目标形状确定所述第一焊接部1101和所述第二焊接部1201的初始外形尺寸。
在实际应用中，所述第一焊接部1101和所述第二焊接部1201通常为前述收容壳110的一部分侧壁和盖板120上凸出的法兰，焊接后的形状可预期，且焊接前后所述第一焊接部1101和所述第二焊接部1201的总体积不变，故能够根据预定的焊接目标形状确定所述第一焊接部1101和所述第二焊接部1201在焊接前的初始外形尺寸。
S20、根据所述第一焊接部1101和第二焊接部1201的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部1101和第二焊接部1201的材料属性参数及环境参数设定焊接约束条件。
这些尺寸、形状参数、材料属性参数及环境参数，如环境温度是影响焊接过程的主要因素，故而能够基于这些参数确定焊接约束条件，约束焊接过程。
S30、加载焊接热源，并根据所述焊接约束条件控制所述焊接热源将所述第一焊接部1101和所述第二焊接部1201热熔至所述焊接目标形状。
前述电池壳体制备方法中，通过预定的焊接目标形状确定所述第一焊接部1101和所述第二焊接部1201的初始外形尺寸，利用焊接前后第一焊接部1101、第二焊接部体1201积不变的特性，可准确地设置焊接前第一焊接部1101、第二焊接部1201的初始外形尺寸。通过对所需焊接目标形状去推算来料外形尺寸，从而做到精准控制焊接结果的目的，避免造成焊接后形成的焊缝尺寸过大，占用较多的电池空间。
同时，为保证焊接过程可控，使得第一焊接部1101、第二焊接部1201能够按照预先设定形成焊接目标形状，本申请根据所述第一焊接部1101和第二焊接部1201的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数及环境参数设定焊接约束条件，约束焊接过程。加载焊接热源，并根据所述焊接约束条件控制所述焊接热源将所述第一焊接部1101和所述第二焊接部1201热熔至所述焊接目标形状。如此，可实现第一焊接部1101、第二焊接部1201的初始外形尺寸能够按照实际需要设置，避免或减少冗余，且焊接过程可控，减小电池壳体焊接形成的熔边对于电池空间利用率的影响。
在一较优实施方式中，初始状态下，所述第一焊接部1101和第二焊接部1201分别包括预设的焊接余部1101a及由所述焊接余部凸伸的熔融部1101b(图中仅标示出第一焊接部的焊接余部1101a和熔融部1101b，第二焊接部与第一焊接部类似)，所述熔融部热熔后不高于所述焊接余部并与所述焊接余部融合。所述根据预定的焊接目标形状确定所述第一焊接部1101和所述第二焊接部1201的初始外形尺寸的步骤S10可具体包括如下步骤。
S110、预定所述焊接余部的外形尺寸。
S120、根据预定的焊接目标形状和所述焊接余部的外形尺寸确定所述熔融部的体积；
S130、根据所述熔融部的体积及预定的所述熔融部的周向外形确定所述熔融部的凸伸高度。
例如，在实际应用中，所述焊接余部的外形尺寸可据需要设定。所述第一焊接部1101和第二焊接部1201通常具有规则的外形，故能够建立计算模型确定所述第一焊接部1101和所述第二焊接部1201的初始外形尺寸，具体实施例将在后续详细阐述。
在一较优实施方式中，所述根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数设定焊接约束条件的步骤S20可具体包括如下步骤。
S210、根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数确定焊接热输入的临界值。换言之，可根据本步骤的前述条件确定需要输入的焊接热量。
在一较优实施方式中，所述材料属性参数包括材料的密度ρ、比热容C、相变潜热ΔQ、相变临界温度T；所述环境参数包括环境温度T0。
相应的，所述根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数确定焊接热输入的临界值的步骤S210可具体包括如下步骤。
S2110、根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状确定熔融材料的体积V；
S2120、根据规则Q熔＝ρ*V*C*(T-T0)+ρ*V*ΔQ确定焊接热输入的临界值Q熔。通过该热输入的临界值Q熔，可准确地控制焊接热量的输入，将焊接熔融部分准确控制在期望值。
在一较优实施方式中，所述根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数设定焊接约束条件的步骤S20还包括如下步骤。
S220、根据确定的所述焊接热输入的临界值和预定规则确定所述焊接热源的热输入阈值。
参步骤S2120中确定的热输入的临界值Q熔，可将确定热输入的临界值扩展成符合预期的阈值范围，例如纳入控制精度等因素的考虑，根据确定的临界值确定热输入的阈值范围，便于控制参考。
在一较优实施方式中，所述根据所述焊接约束条件控制所述焊接热源将所述第一焊接部和所述第二焊接部热熔至所述焊接目标形状的步骤S30包括如下步骤。
S310、控制所述焊接热源的输出功率和输出时间，使所述焊接热输入与所述焊接热输入的临界值大致相等。
在一较优实施方式中，所述根据所述焊接约束条件控制所述焊接热源将所述第一焊接部和所述第二焊接部热熔至所述焊接目标形状还包括：
S320、控制所述焊接热源的热输出方向，使所述第一焊接部和所述第二焊接部热熔的热熔部分朝向预定方向移动。
需要说明的是。此处的步骤S310和步骤S320可同时进行。
例如，在具体实施中，所述焊接热源为焊接激光，所述控制所述焊接热源的热输出方向包括：控制激光光束以预定角度照射所述第一焊接部1101和所述第二焊接部1201。同时，在激光焊接时可辅以与光束同轴的气流，辅助热熔部分流向预定位置。
为便于理解本申请的上述步骤，先结合具体实施例对相关计算过程进行详细阐述。
参图3所示，第一壳体与第二壳体搭接厚度为d0,搭接高度为h0,熔化区高度为h1，熔化后新堆叠的厚度为Δd，熔化区的体积元V1＝d0*h1*Δl，新堆叠区的体积元V2＝h*Δd*Δl，因V1＝V2，所以
Figure GDA0003247659900000071
而d＝d0+Δd，所以
Figure GDA0003247659900000072
总厚度d熔化所需要的能量Q熔＝C*m*ΔT+m*ΔQ，C为材料的比热容，ΔT为材料的温升，ΔQ为相变潜热。
取堆叠部分的小体积元，其体积V＝Δl*Δh*Δt，Δl、Δh、Δt分别为体积元的长、宽、高，且三者均为小量，小体积元质量m＝ρ*V＝ρ*Δl*Δh*Δt
由于激光焊接过程中，小体积元的Δl、Δh不变，而厚度△t则不断变化，且ρ也不变，所以令k＝ρ*Δl*Δh，则m＝k*Δt。
故，Q熔＝C*m*ΔT+m*ΔQ＝k*Δt*(C*ΔT+ΔQ)
令作用于新堆叠区域△d的激光能量
Figure GDA0003247659900000073
P为激光功率
t-----激光在小体积元上的停留时间
Figure GDA0003247659900000074
Δl----小体积元的长度
v-----焊接速度(激光行走的速度)
则可求得激光能量刚好不足以熔化照射点时的临界厚度d临，即
Figure GDA0003247659900000081
所以
Figure GDA0003247659900000082
即焊接后的铺展宽度为d＝d临。
将d＝d临代入式(1)得；
Figure GDA0003247659900000083
即h0*d0*h0*k(C*ΔT+ΔQ)＝(h0-h1)2*P*t；
令K＝h0*d0*k(C*ΔT+ΔQ)，得
Figure GDA0003247659900000084
所以余高
Figure GDA0003247659900000085
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电池壳体制备方法，所述电池壳体包括收容壳及盖板，所述收容壳形成具有开口的收容部并在所述开口处形成有第一焊接部，所述盖板包括第二焊接部，所述第二焊接部用于与所述第一焊接部焊接以使所述盖板封闭所述开口，其特征在于，所述电池壳体制备方法包括：
根据预定的焊接目标形状确定所述第一焊接部和所述第二焊接部的初始外形尺寸；
根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数及环境参数设定焊接约束条件；
加载焊接热源，并根据所述焊接约束条件控制所述焊接热源将所述第一焊接部和所述第二焊接部热熔至所述焊接目标形状。
2.如权利要求1所述的电池壳体制备方法，其特征在于，初始状态下，所述第一焊接部和第二焊接部分别包括预设的焊接余部及由所述焊接余部凸伸的熔融部，所述熔融部热熔后不高于所述焊接余部并与所述焊接余部融合；所述根据预定的焊接目标形状确定所述第一焊接部和所述第二焊接部的初始外形尺寸包括：
预定所述焊接余部的外形尺寸；
根据预定的焊接目标形状和所述焊接余部的外形尺寸确定所述熔融部的体积；
根据所述熔融部的体积及预定的所述熔融部的周向外形确定所述熔融部的凸伸高度。
3.如权利要求1所述的电池壳体制备方法，其特征在于，所述根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数设定焊接约束条件包括：
根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数确定焊接热输入的临界值。
4.如权利要求3所述的电池壳体制备方法，其特征在于，所述材料属性参数包括材料的密度ρ、比热容C、相变潜热ΔQ、相变临界温度T；所述环境参数包括环境温度T0；
所述根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数确定焊接热输入的临界值包括，
根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状确定熔融材料的体积V；
根据规则Q熔＝ρ*V*C*(T-T0)+ρ*V*ΔQ确定焊接热输入的临界值Q熔。
5.如权利要求3所述的电池壳体制备方法，其特征在于，所述根据所述第一焊接部和第二焊接部的初始外形尺寸、所述焊接目标形状、所述第一焊接部和第二焊接部的材料属性参数设定焊接约束条件还包括：
根据确定的所述焊接热输入的临界值和预定规则确定所述焊接热源的热输入阈值。
6.如权利要求3所述的电池壳体制备方法，其特征在于，所述根据所述焊接约束条件控制所述焊接热源将所述第一焊接部和所述第二焊接部热熔至所述焊接目标形状包括：
控制所述焊接热源的输出功率和输出时间，使所述焊接热输入与所述焊接热输入的临界值大致相等。
7.如权利要求6所述的电池壳体制备方法，其特征在于，所述根据所述焊接约束条件控制所述焊接热源将所述第一焊接部和所述第二焊接部热熔至所述焊接目标形状还包括：
控制所述焊接热源的热输出方向，使所述第一焊接部和所述第二焊接部热熔的热熔部分朝向预定方向移动。
8.如权利要求7所述的电池壳体制备方法，其特征在于：所述焊接热源为焊接激光，所述控制所述焊接热源的热输出方向包括：
控制激光光束以预定角度照射所述第一焊接部和所述第二焊接部。
9.一种电池，包括电池壳体及收容于所述电池壳体内的电化学单元，其特征在于：所述电池壳体由权利要求1-8中任一项所述的电池壳体制备方法制成。
10.一种电子设备，包括电池及用电器件，其特征在于：所述电池为权利要求9所述的电池。
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